专利名称：用于涡轮增压的双区式涡轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型的涡轮装置，具体的说涉及一种用于涡轮增压的双区式涡轮，能有效的兼顾发动机的低速和高速增压要求，属于内燃机增压领域。
背景技术：
随着排放标准的逐步提高，涡轮增压器被广泛的应用于现代发动机。为了满足发动机所有工况下特别是低速工况下的性能和排放要求，涡轮增压器必须提供更高的增压压力，并具有发动机进气压力和排气压力的可调节功能，可变截面涡轮增压器已经成为增压领域的研发重点。目前涡轮增压器采用双层通道可变截面涡轮蜗壳的结构来满足变截面的要求，与固定截面和普通废气旁通型涡轮增压器相比，它能有效地拓宽涡轮增压器与发动 机的匹配范围，实现增压压力和排气压力的可调节功能。双层通道可变截面涡轮增压器结构示意图如附图I所示，双层通道可变截面涡轮增压器的涡轮部分包括涡轮蜗壳I和涡轮叶轮2。所述涡轮蜗壳I内设有蜗壳进气口 3、蜗壳进气流道和蜗壳出气口 4，所述蜗壳进气流道内设有呈圆周布置的径向中间隔板5，所述中间隔板5将蜗壳进气流道分为蜗壳进气左侧流道6和蜗壳进气右侧流道7。所述涡轮叶轮2内设有涡轮叶轮进气口 8、涡轮叶轮进气流道9和涡轮叶轮出气口 10，通过在蜗壳进气左侧流道6或蜗壳进气右侧流道7靠近蜗壳进气口 3处设有阀门调节机构，实现单个流道工作或两个流道共同工作，从而实现涡轮蜗壳流道的流通面积的改变。双层通道可变截面涡轮增压器通过阀门调节机构实现涡轮蜗壳流通面积的改变，控制方便。但是在实际的应用中发现这种双层通道可变截面涡轮增压器在发动机低速工况下涡轮蜗壳单个流道工作，发动机排出的废气从蜗壳进气口进入蜗壳单个流道到达在蜗壳单个流道出气口时容易发生气体的突然膨胀，从涡轮叶轮进气口进入涡轮叶轮进气流道的气体减少，使涡轮在小流量时的效率降低。在发动机中、高速工况下涡轮蜗壳两个流道共同工作，发动机排出的废气从蜗壳进气口进入蜗壳两个流道到达涡轮叶轮进气口时容易发生两个流道气体的掺混，因而进入涡轮叶轮进气流道的气体动能一部分转变为势能，使涡轮的效率降低。
发明内容
本发明要解决的问题是针对双层通道可变截面涡轮增压器的上述缺陷提供一种用于涡轮增压的双区式涡轮，能够降低小流量时蜗壳单个流道出气口处的气体突然膨胀现象和正常流量时两个流道气体在涡轮叶轮进气口处的气体掺混现象，来提高双层通道可变截面涡轮增压器在发动机全工况范围下的效率。为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案
一种用于涡轮增压的双区式涡轮，包括涡轮蜗壳，涡轮蜗壳内安装有涡轮叶轮，涡轮叶轮的外部设有涡轮叶片，所述涡轮蜗壳上设有蜗壳进气口、蜗壳进气流道和蜗壳出气口 ；所述涡轮叶轮上设有涡轮叶轮进气口、涡轮叶轮进气流道、涡轮叶轮出气口和涡轮叶轮叶片;
所述涡轮叶轮的涡轮叶轮进气口和涡轮叶轮出气口之间设有呈圆周布置的分隔板，所述分隔板将涡轮叶轮进气流道分为涡轮叶轮进气内流道和涡轮叶轮进气外流道。以下是本发明对上述方案的进一步改进
所述蜗壳进气流道内设有中间隔板，所述中间隔板将蜗壳进气流道分为蜗壳进气左侧流道和蜗壳进气右侧流道；
所述蜗壳进气左侧流道与所述涡轮叶轮进气内流道相连通，所述蜗壳进气右侧流道与所述涡轮叶轮进气外流道相连通。
进一步改进
蜗壳进气左侧流道靠近涡轮叶轮的位置设有蜗壳进气左侧流道出气口 ；蜗壳 进气右侧流道靠近涡轮叶轮的位置设有蜗壳进气右侧流道出气口 ；
涡轮叶轮进气内流道上设有与蜗壳进气左侧流道出气口相对应的涡轮叶轮进气内流道进气口 ；
涡轮叶轮进气外流道上设有与蜗壳进气右侧流道出气口相对应的涡轮叶轮进气外流道进气口。进一步改进所述涡轮叶轮进气内流道为向心式通道。另一种改进所述涡轮叶轮进气内流道为混流式通道。另一种改进涡轮叶轮进气外流道为向心式通道。另一种改进涡轮叶轮进气外流道为混流式通道。进一步改进所述涡轮叶轮进气内流道进气口宽度与涡轮叶轮进气外流道进气口宽度的比值为0. I 10。进一步改进所述涡轮叶轮进气内流道出气口宽度和涡轮叶轮进气外流道出气口宽度的比值为0. I 10。进一步改进涡轮叶片包括对应设置在涡轮叶轮进气内流道内的涡轮叶轮内叶片和对应设置在涡轮叶轮进气外流道内的涡轮叶轮外叶片。进一步改进所述涡轮叶轮内叶片和涡轮叶轮外叶片数量比值为0. 2 6。进一步改进所述蜗壳进气左侧流道内靠近蜗壳进气口处设有可调阀门，所述可调阀门与控制机构连接。蜗壳进气右侧流道、涡轮叶轮进气外流道是常开流道。当发动机处于低速工况范围时，发动机排出的废气量较少，可调阀门在控制机构的带动下处于关闭状态，由于蜗壳进气左侧流道、涡轮叶轮进气内流道进气口、涡轮叶轮进气内流道或蜗壳进气右侧流道、涡轮叶轮进气外流道进气口、涡轮叶轮进气外流道相连通，因此蜗壳进气左侧流道、涡轮叶轮进气内流道进气口、涡轮叶轮进气内流道同时也被处于关闭状态，由发动机排出的废气仅流经蜗壳进气右侧流道、涡轮叶轮进气外流道进气口、涡轮叶轮进气外流道做功，从而降低了气体在蜗壳进气左侧流道出气口处的气体突然膨胀现象，可有效提高涡轮叶轮进气外流道的进气压力，增大进入涡轮的废气能量；涡轮进气能量的增加，将充分利用废气中的能量，提高涡轮的效率和扭矩输出。在发动机中高速工况范围时，发动机排出的废气量较多，可调阀门在控制机构的带动下处于打开状态，由于蜗壳进气左侧流道、涡轮叶轮进气内流道进气口、涡轮叶轮进气内流道相连通，蜗壳进气右侧流道、涡轮叶轮进气外流道进气口、涡轮叶轮进气外流道相连通，由发动机排出的废气分别流经蜗壳进气左侧流道、涡轮叶轮进气内流道进气口、涡轮叶轮进气内流道和蜗壳进气右侧流道、涡轮叶轮进气外流道进气口、涡轮叶轮进气外流道做功，从而降低蜗壳进气左侧流道和蜗壳进气右侧流道气体在涡轮叶轮进气口处的气体掺混现象。通过阀门控制机构控制可调阀门的开度，合理分配进入涡轮两个流道的气体流量。由于涡轮两个流道的流通能力不同，通过改变进入涡轮两个流道的进气流的比例，可有效调节发动机的排气压力和涡轮的功率输出，满足发动机在中高速工况下的性能和排放要求。另一种改进所述蜗壳进气右侧流道内靠近蜗壳进气口处设有可调阀门，所述可调阀门与控制机构连接。
蜗壳进气左侧流道、涡轮叶轮进气内流道是常开流道。当发动机处于低速工况范围时，发动机排出的废气量较少，可调阀门在控制机构的带动下处于关闭状态，由于蜗壳进气左侧流道、涡轮叶轮进气内流道进气口、涡轮叶轮进气内流道或蜗壳进气右侧流道、涡轮叶轮进气外流道进气口、涡轮叶轮进气外流道相连通，因此蜗壳进气右侧流道、涡轮叶轮进气外流道进气口、涡轮叶轮进气外流道同时也被处于关闭状态，由发动机排出的废气仅流经蜗壳进气左侧流道、涡轮叶轮进气内流道进气口、涡轮叶轮进气内流道做功，从而降低了气体在蜗壳进气右侧流道出气口处的气体突然膨胀现象，可有效提高涡轮叶轮进气内流道的进气压力，增大进入涡轮的废气能量；涡轮进气能量的增加，将充分利用废气中的能量，提高涡轮的效率和扭矩输出。在发动机中高速工况范围时，发动机排出的废气量较多，可调阀门在控制机构的带动下处于打开状态，由于蜗壳进气左侧流道、涡轮叶轮进气内流道进气口、涡轮叶轮进气内流道相连通，蜗壳进气右侧流道、涡轮叶轮进气外流道进气口、涡轮叶轮进气外流道相连通，由发动机排出的废气分别流经蜗壳进气左侧流道、涡轮叶轮进气内流道进气口、涡轮叶轮进气内流道和蜗壳进气右侧流道、涡轮叶轮进气外流道进气口、涡轮叶轮进气外流道做功，从而降低蜗壳进气左侧流道和蜗壳进气右侧流道气体在涡轮叶轮进气口处的气体掺混现象。通过阀门控制机构控制可调阀门的开度，合理分配进入涡轮两个流道的气体流量。由于涡轮两个流道的流通能力不同，通过改变进入涡轮两个流道的进气流的比例，可有效调节发动机的排气压力和涡轮的功率输出，满足发动机在中高速工况下的性能和排放要求。本发明中的涡轮蜗壳结构简单、继承性好、铸造成品率较高；本发明中的涡轮叶轮通过现代CFD、FEA技术的分析和优化可获得高的气动效率和高的结构强度；本发明中的涡轮叶轮可采用现有铸造和加工设备进行生产，成本低且容易快速实现工程化。综上所述，采用双区式涡轮可以有效地满足发动机全工况范围的增压要求，在小流量时能够降低蜗壳单个流道出气口处的气体突然膨胀现象，进一步提高涡轮在小流量时的效率。在正常流量时通过降低蜗壳两个流道气体在涡轮叶轮进气口处的气体掺混现象来提闻润轮的效率。下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
附图I是本发明背景技术中双层通道可变截面涡轮增压器的结构示意 附图2是本发明实施例I和实施例2中双区式涡轮的结构示意图；附图3是本发明实施例I和实施例2中涡轮叶轮的结构示意 附图4是附图3的右视 附图5是本发明实施例I中蜗壳进气左侧流道内可调阀门的安装结构示意 附图6是本发明实施例2中蜗壳进气右侧流道内可调阀门的安装结构示意图。图中1-涡轮蜗壳；2-涡轮叶轮； 3-蜗壳进气口 ；4_蜗壳出气口 ；5-中间隔板；6-蜗壳进气左侧流道；7_蜗壳进气右侧流道；8_涡轮叶轮进气口 ；9_涡轮叶轮进气流道；10_涡轮叶轮出气口 ；11_分隔板；12_涡轮叶轮进气内流道；13_涡轮叶轮进气外流道；14-涡轮叶轮内叶片；15_涡轮叶轮外叶片；16_蜗壳进气左侧流道出气口 ；17_涡轮叶轮进气内流道进气口 ； 18-蜗壳进气右侧流道出气口 ； 19-涡轮叶轮进气外流道进气口 ；20-可调阀门；W1-涡轮叶轮进气内流道进气口宽度；W2-涡轮叶轮进气外流道进气口宽度；W3-涡轮叶轮进气内流道出气口宽度；W4-涡轮叶轮进气外流道出气口宽度。
具体实施例方式实施例1，如图2、图3所示，一种用于涡轮增压的双区式涡轮，包括涡轮蜗壳1，涡轮蜗壳I内安装有涡轮叶轮2，涡轮叶轮2的外部设有涡轮叶片，所述涡轮蜗壳上设有蜗壳进气口 3、蜗壳进气流道和蜗壳出气口 4。所述涡轮叶轮2上设有涡轮叶轮进气口、涡轮叶轮进气流道、涡轮叶轮出气口和涡轮叶轮叶片。所述涡轮叶轮2的涡轮叶轮进气口和涡轮叶轮出气口之间设有呈圆周布置的分隔板11，分隔板11的形状符合气动性能要求和可靠性要求。所述分隔板11将涡轮叶轮进气流道分为涡轮叶轮进气内流道12和涡轮叶轮进气外流道13。所述涡轮叶轮进气内流道12可采用向心式或混流式通道，涡轮叶轮进气外流道13 —般设计为向心式通道，特殊情况采用混流式通道。所述涡轮叶轮进气内流道进气口宽度Wl与涡轮叶轮进气外流道进气口宽度W2的比值为0. I 10之间的任意值。所述涡轮叶轮进气内流道出气口宽度W3和涡轮叶轮进气外流道出气口宽度W4的比值为0. I 10之间的任意值。所述蜗壳进气流道内设有中间隔板5，所述中间隔板5将蜗壳进气流道分为蜗壳进气左侧流道6和蜗壳进气右侧流道7。所述蜗壳进气左侧流道6与所述涡轮叶轮进气内流道12相连通，所述蜗壳进气右侧流道7与所述涡轮叶轮进气外流道13相连通。所述蜗壳进气左侧流道出气口 16与所述涡轮叶轮进气内流道进气口 17相对应，所述蜗壳进气右侧流道出气口 18与所述涡轮叶轮进气外流道进气口 19相对应。如图4所示，涡轮叶片包括对应设置在涡轮叶轮进气内流道12内的涡轮叶轮内叶片14和对应设置在涡轮叶轮进气外流道13内的涡轮叶轮外叶片15。所述涡轮叶轮内叶片14和涡轮叶轮外叶片15数量比值为0. 2 6之间的任意值。如图5所示，在所述蜗壳进气左侧流道6内靠近蜗壳进气口 3处设有可调阀门20，所述可调阀门20与控制机构连接，在控制机构的带动下实现可调阀门20的转动，从而将蜗壳进气左侧流道6打开和关闭。当发动机处于低速工况范围时，发动机排出的废气量较少，可调阀门20在控制机构的带动下处于关闭状态，因此蜗壳进气左侧流道6、涡轮叶轮进气内流道进气口 17、涡轮叶轮进气内流道12同时也被处于关闭状态，由发动机排出的废气仅流经蜗壳进气右侧流道7、涡轮叶轮进气外流道进气口 19、涡轮叶轮进气外流道13做功，从而降低了气体在蜗壳进气左侧流道出气口 16处的气体突然膨胀现象，可有效提高涡轮叶轮进气外流道13的进气压力，增大进入涡轮的废气能量；涡轮进气能量的增加，将充分利用废气中的能量，提高涡轮的效率和扭矩输出。在发动机中高速工况范围时，发动机排出的废气量较多，可调阀门20在控制机构的带动下处于打开状态，由于蜗壳进气左侧流道6、涡轮叶轮进气内流道进气口 17、涡轮叶轮进气内流道12相连通，蜗壳进气右侧流道7、涡轮叶轮进气外流道进气口 19、涡轮叶轮进气外流道13相连通，由发动机排出的废气分别流经蜗壳进气左侧流道6、涡轮叶轮进气内流道进气口 17、涡轮叶轮进气内流道12和蜗壳进气右侧流道7、涡轮叶轮进气外流道进气口 19、涡轮叶轮进气外流道13做功，从而降低蜗壳进气左侧流道6和蜗壳进气右侧流道7气体在涡轮叶轮进气口处的气体掺混现象。通过阀门控制机构控制可调阀门20的开度，合理分配进入涡轮两个流道的气体流量。由于涡轮两个流道的流通能力不同，通过改变进入涡轮两个流道的进气流的比例，可有效调节发动机的排气压力和涡轮的功率输出，满足发动机在中高速工况下的性能和排放要求。实施例2，如图6所示，在实施例I的基础上，去掉蜗壳进气左侧流道6内靠近蜗壳进气口 3处的可调阀门20，在所述蜗壳进气右侧流道7靠近蜗壳进气口 3处设有可调阀门20，所述可调阀门20与控制机构连接，在控制机构的带动下实现可调阀门20的转动，从而将蜗壳进气右侧流道7打开和关闭。当发动机处于低速工况范围时，发动机排出的废气量较少，可调阀门20在控制机构的带动下处于关闭状态，因此蜗壳进气右侧流道7、涡轮叶轮进气外流道进气口 19、涡轮叶轮进气外流道13同时也被处于关闭状态，由发动机排出的废气仅流经蜗壳进气左侧流道6、涡轮叶轮进气内流道进气口 17、涡轮叶轮进气内流道12做功，从而降低了气体在蜗壳进气右侧流道出气口 18处的气体突然膨胀现象，可有效提高涡轮叶轮进气内流道12的进气压力，增大进入涡轮的废气能量；涡轮进气能量的增加，将充分利用废气中的能量，提高涡轮的效率和扭矩输出。在发动机中高速工况范围时，发动机排出的废气量较多，可调阀门20在控制机构 的带动下处于打开状态，由于蜗壳进气左侧流道6、涡轮叶轮进气内流道进气口 17、涡轮叶轮进气内流道12相连通，蜗壳进气右侧流道7、涡轮叶轮进气外流道进气口 19、涡轮叶轮进气外流道13相连通，由发动机排出的废气分别流经蜗壳进气左侧流道6、涡轮叶轮进气内流道进气口 17、涡轮叶轮进气内流道12和蜗壳进气右侧流道7、涡轮叶轮进气外流道进气口 19、涡轮叶轮进气外流道13做功，从而降低蜗壳进气左侧流道6和蜗壳进气右侧流道7气体在涡轮叶轮进气口处的气体掺混现象。通过阀门控制机构控制可调阀门20的开度，合理分配进入涡轮两个流道的气体流量。由于涡轮两个流道的流通能力不同，通过改变进入涡轮两个流道的进气流的比例，可有效调节发动机的排气压力和涡轮的功率输出，满足发 动机在中高速工况下的性能和排放要求。
权利要求
1.一种用于涡轮增压的双区式涡轮，包括涡轮蜗壳(1)，涡轮蜗壳(I)内安装有涡轮叶轮(2)，涡轮叶轮(2)的外部设有涡轮叶片，所述涡轮蜗壳上设有蜗壳进气口(3)、蜗壳进气流道和蜗壳出气口(4);所述涡轮叶轮(2)上设有涡轮叶轮进气流道；其特征在于 所述涡轮叶轮(2)的涡轮叶轮进气口和涡轮叶轮出气口之间设有呈圆周布置的分隔板(11)，所述分隔板(11)将涡轮叶轮进气流道分为涡轮叶轮进气内流道(12)和涡轮叶轮进气外流道(13)。
2.根据权利要求I所述的用于涡轮增压的双区式涡轮，其特征在于 所述蜗壳进气流道内设有中间隔板(5)，所述中间隔板(5)将蜗壳进气流道分为蜗壳进气左侧流道(6)和蜗壳进气右侧流道(7)； 所述蜗壳进气左侧流道(6)与所述涡轮叶轮进气内流道(12)相连通，所述蜗壳进气右侧流道(7)与所述涡轮叶轮进气外流道(13)相连通。
3.根据权利要求2所述的用于涡轮增压的双区式涡轮，其特征在于 蜗壳进气左侧流道(6)靠近涡轮叶轮(2)的位置设有蜗壳进气左侧流道 出气口(16);蜗壳进气右侧流道(7)靠近涡轮叶轮(2)的位置设有蜗壳进气右侧流道出气口(18)； 涡轮叶轮进气内流道(12)上设有与蜗壳进气左侧流道出气口(16)相对应的涡轮叶轮进气内流道进气口(17)； 涡轮叶轮进气外流道(13)上设有与蜗壳进气右侧流道出气口(18)相对应的涡轮叶轮进气外流道进气口(19)。
4.根据权利要求3所述的用于涡轮增压的双区式涡轮，其特征在于所述涡轮叶轮进气内流道(12)为向心式通道。
5.根据权利要求3所述的用于涡轮增压的双区式涡轮，其特征在于所述涡轮叶轮进气内流道(12)为混流式通道。
6.根据权利要求3所述的用于涡轮增压的双区式涡轮，其特征在于涡轮叶轮进气外流道(13)为向心式通道。
7.根据权利要求3所述的用于涡轮增压的双区式涡轮，其特征在于涡轮叶轮进气外流道(13)为混流式通道。
8.根据权利要求4-7其中之一所述的用于涡轮增压的双区式涡轮，其特征在于 所述涡轮叶轮进气内流道进气口宽度(Wl)与涡轮叶轮进气外流道进气口宽度(W2)的比值为0. I 10。
9.根据权利要求8所述的用于涡轮增压的双区式涡轮，其特征在于 所述涡轮叶轮进气内流道出气口宽度(W3)和涡轮叶轮进气外流道出气口宽度(W4)的比值为0. I 10。
10.根据权利要求9所述的用于涡轮增压的双区式涡轮，其特征在于涡轮叶片包括对应设置在涡轮叶轮进气内流道(12)内的涡轮叶轮内叶片(14)和对应设置在涡轮叶轮进气外流道(13)内的涡轮叶轮外叶片(15)。
11.根据权利要求10所述的用于涡轮增压的双区式涡轮，其特征在于所述涡轮叶轮内叶片(14)和涡轮叶轮外叶片(15)数量比值为0. 2 6。
12.根据权利要求11所述的用于涡轮增压的双区式涡轮，其特征在于所述蜗壳进气左侧流道(6 )内靠近蜗壳进气口( 3 )处设有可调阀门(20 )，所述可调阀门(20 )与控制机构连接。
13.根据权利要求11所述的用于涡轮增压的双区式涡轮，其特征在于所述蜗壳进气右侧流道(7 )内靠近蜗壳进气口( 3 )处设有可调阀门(20 )，所述可调阀门(20 )与控制机构连接。
全文摘要
本发明公开了一种用于涡轮增压的双区式涡轮，包括涡轮蜗壳，涡轮蜗壳内安装有涡轮叶轮，涡轮叶轮的外部设有涡轮叶片，所述涡轮蜗壳上设有蜗壳进气口、蜗壳进气流道和蜗壳出气口；所述涡轮叶轮上设有涡轮叶轮进气口、涡轮叶轮进气流道、涡轮叶轮出气口和涡轮叶轮叶片，所述涡轮叶轮的涡轮叶轮进气口和涡轮叶轮出气口之间设有呈圆周布置的分隔板，所述分隔板将涡轮叶轮进气流道分为涡轮叶轮进气内流道和涡轮叶轮进气外流道。本发明可以有效地满足发动机全工况范围的增压要求，在小流量时能够降低蜗壳单个流道出气口处的气体突然膨胀现象，进一步提高涡轮在小流量时的效率。
文档编号F01D25/24GK102661180SQ20121013708
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月7日 优先权日2012年5月7日
发明者刘迎鑫, 朱智富, 李延昭, 李永泰, 王航, 王艳霞, 袁道军 申请人:康跃科技股份有限公司